摘要：针对我公司水源地二级泵站10KV系统电压互感器在近期生产工作中易出现的问题，分析我公司水源地二级泵站10KV系统电压互感器爆裂原因；简要剖析铁磁谐振过电压产生的原因，并阐述其危害及防范措施。
关键词：10KV母线PT；爆裂原因；防范措施
在中性点非有效接地系统中，由于变压器、PT、消弧线圈等设备铁心电感的磁路饱和作用，激发产生持续的较高幅值的铁磁谐振过电压。铁磁谐振可以是基波谐振、高次谐波谐振、分次谐波谐振。高压系统中的铁磁谐振过电压是电力系统常见的过电压之一，是由于变电站倒闸操作或在运行时接地故障消除等原因引起的，其实质就是电磁式电压互感器励磁特性饱和，激发铁磁谐振。这种谐振产生的过电压的幅值虽然不高，但因过电压频率往往远低于额定频率，铁心处于高度饱和状态，其表现形式可能是相对地电压升高，励磁电流过大，或以低频摆动，引起绝缘闪络、避雷器炸裂、高值零序电压分量产生、虚幻接地现象出现和不正确的接地指示。严重时还可能诱发保护误动作或在PT中出现过电流引起PT烧坏。 发生铁磁谐振过电压，不但对大量电力设备和系统安全运行带来危害，还严重危及人身安全，必须予以足够重视和防范。
一、故障现象及设备运行状况
我公司水源地10KV系统，采用架空线形式供电全长11KM、295级杆塔，共计两路电源供电，为双线同塔式，两路电源一用一备。水源地10KV系统采用中性点不接地运行方式，为了能正确识别单相接地故障，并对电网电压进行监测，所以水源地10kV系统中的母线PT中性点接地。二级泵站10KV开关柜采用的是上海华通开关厂生产的电气组合柜，该设备自投产（2009年7月）以来，主部件未发生大的缺陷，但其辅助测量PT在2015年6月至7月之间发生了3台次损坏，现象表现为本体炸裂、内部绝缘物质喷出，现场拖出PT手车发现PT本体温度极高。故障致使水源地2级泵站母线电压无法监视，相关保护不能投运，部分自动功能无法实现。这给水源地10系统的安全稳定运行带来了极大的隐患，同时严重危害了全厂供水系统的安全。
二、故障原因分析
结合3次PT炸裂的故障现象及数次实验数据分析，经过讨论初步判断，为下述的几个原因所致。
1、产品质量不好：如果由于产品本身绝缘、铁心叠片及绕制工艺不过关等，均可能致使电压互感器发热过量使绝缘长期处于高温下运行，从而导致绝缘加速老化，出现击穿。该类型的电压互感器一次侧绕组发生匝间短路，这样电流会迅速增大，铁磁也将迅速饱和从而导致谐振过电压，使绝缘击穿，高压熔断器被熔断。而更换的PT都经过试验严格的试验，绝缘、交流耐压、直流耐压等都合格，且此型号PT已使用多年，均未发现问题。分析不存在质量问题。
2、PT二次负荷偏重，一、二次电流较大，使二次侧负载电流的总和超过额定值，造成PT内部绕组发热增加，尤其是在电压高于PT额定电压(6kV)情况下，PT内部发热更加严重；再者，该系统属于中性点非有效接地系统，故一次侧电压在运行中容易发生偏斜，当某相出现高电压时，该相PT更加容易发生热膨胀爆裂。经测量2级泵站母线PT二次负载，发现PT二次负载很小，PT容量远远大于所需容量。分析此原因不成立。
3、由于铁磁谐振而造成PT被击穿：铁磁谐振是电力系统自激振荡的一种形式，是由于变压器、PT等铁磁电感的饱和作用引起的持续性、高幅值谐振过电压现象。工频和高频铁磁谐振过电压的幅值一般较高，可达额定值的3倍以上，起始暂态过程中的电压幅值可能更高，危及电气设备的绝缘结构。工频谐振过电压可导致三相对地电压同时升高，或引起"虚幻接地"现象。分频铁磁谐振可导致相电压低频摆动，励磁感抗成倍下降，过电压并不高，一般在2倍额定值以下，但感抗下降会使励磁回路严重饱和，励磁电流急剧加大，电流大大超过额定值，导致铁心剧烈振动，使PT过热烧毁。而我厂水源地10kV系统属于中性点非有效接地系统，2级泵站母线的负荷呈感性的比较多，带有大容量的补水泵。正常运行时，PT励磁绕组感抗很大，远远大于对地电容，PT三相基本平衡，中性点的位移电压很小，系统不会发生谐振。但是在PT炸裂前水源地10KV线路因公路建设进行了改造（阜康电厂水源地10KV线路为2线同塔式供电，全长11KM，共295级杆塔），改造将中间几十根杆塔的架空线路改为地埋电缆，致使系统容抗增大，使系统容抗接近系统感抗。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆且由于某种原因，而使系统电压波动(如补水泵频繁启停等)，使电路中电流和电压发生突变，可能导致电压互感器铁心迅速饱和、感抗减小，当ωL = 1/ωC，满足串联谐振条件，产生谐振，导致电压互感器激磁电流增大几十倍，而过电压幅值将达到近2Ue，甚至于达到3.5Ue以上，而且无消谐装置致使谐振持续时间较长，电压互感器在这样大电压、大电流下运行，使本身的温度也迅速升高，导致损坏。
三、处理方案及防范措施
故障原因知道了就不难找到加以解决的办法，当然消除谐振过电压的方法很多，通常采用的解决方法有以下几种：
选用励磁特性较好的电磁式电压互感器或只使用电容式电压互感器。当然这种方法对于已经使用的系统来说改造幅度和费用较大，所以我厂水源地10kV系统不适合此种方法。
1、在PT开口三角侧并联固定(或可变)阻尼，PT三角形绕组为零序电压绕组,在此绕组两端接上阻尼电阻RT,相当于PT带一零序负载。通过变比关系,几:归算到高压侧为RT’=(n1/3n2)Rt (其中n1、n2为高、低压绕组匝数),相当于在PT高压侧Y。结线绕组上并联电阻,即接至电源变压器的中性点上。由于是并联阻尼,因此阻值越小,在励磁电感L上并联电阻越小,当RT小于一定值时,网络三相对地参数基本上由等值电阻决定,阻尼铁磁谐振的效果也就越好。若RT=0,即开口三角绕组短接,相当于电网中性点接地,L为PT漏感,三相相等,共振条件不成立,PT饱和过电压也就不存在。此种方法一般使用在一些要求不太高的变电所或配电。我厂在水源地10kV系统母线PT改造物资未到前，为保证供水系统稳定运行，就是采用的此种方式。在母线PT开口三角侧并联了一个100W的白炽灯泡，暂时保证系统运行。
2、电压互感器中性点串入消谐器，其实就是在中性点串入一个50 kΩ-100 kΩ的非线性电阻。该方法在已广泛采用，生产定型产品的厂家比较多，在实际运用中都取得了满意的效果。消谐器串接于PT一次绕组中性点与地之间，内部材料为大容量的非线性碳化硅电阻片及散热片等串联组装于瓷套内而成。其工作原理为：在低压下消谐器呈高电阻值(可达几百千欧)使谐振在起始阶段不易发展，单相接地时，消谐器上出现千余伏电压，它的非线性电阻下降，使其不影响接地保护的工作。
3、在PT的开口三角形中加装一合适的电阻。或当中性点位移电压超过一定值时，以零序过电压继电器将电阻投入一分钟，然后再自动切除，目前设计中一般采取开口三角加消谐器的措施，即加装微机消谐装置。微机消谐装置采用高性能的单片微机作为核心元件，对PT开口三角电压(即零序电压)进行遁环检测。正常工作情况下，该电压小于30V，装置内的大功率消谐元件(固态继电器)处于阻断状态，对系统运行不产生影响。当PT开口电压大于30V时，系统出现故障，消谐装置开始对此信号进行数据采集，通过电路对信号进行数字测量、滤波、放大等数字信号处理技术，然后对检测到的数据进行分析、计算，得出故障类型。如果当前是铁磁谐振，系统立即启动消谐电路，使固态继电器导通，让铁磁谐振在阻尼作用下迅速消失。而我厂水源地二级泵站10KV母线电压互感器爆裂的最终处理方案就是采取在电压互感器的开口三角中加入消谐装置的方案，当系统发生谐振时，消谐装置根据谐振频率在电压互感器开口三角绕组接入消谐电阻，消除谐振。
四、总结
在电力系统中，铁磁谐振频繁发生，谐振时会产生过电压，严重威胁系统安全。铁磁谐振引起的过电压持续时间长，甚至可能长期存在。在分频谐振时，一般过电压并不高，但是PT的电流大，易使PT过热而爆炸；基波和倍频谐振时，一般电流不大，但是过电压很高，常使设备绝缘损坏，造成恶性事故。而微机消谐装置在发生谐振时迅速投入大功率消谐电阻，以吸收谐振能量，消除谐振。能够快速有效的限制并消除各种谐振过电压，防止长时间的谐振过电压对系统绝缘结构的加速老化，增加系统运行的安全可靠性，延长系统中设备的使用寿命。我供电公司通过加装微机消谐装置效果明显，运行至今再未出现PT爆裂故障。
参考文献：
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[2]沈宗阳 中性点不接地系统中电磁式电压互感器引起的铁磁谐振一些消谐措施装置的比较使用 广东省10 kV绝缘及过电压研讨会 1992。
[3]康栋才 中性点不接地电力系统中消谐器及其应用注意事项 电世界 1997.1。
论文作者:邱志武
论文发表刊物:《电力设备》2017年第7期
论文发表时间:2017/6/28
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